CN115268555A - 一种二阶温度补偿带隙基准电压电路及差分电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种二阶温度补偿带隙基准电压电路及差分电路，所述电路包括第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、第一运算放大器F、第一三极管Q1和第二三极管Q2；所述电路还包括基极电阻器Rb，所述基极电阻器Rb的一端与所述第二三极管Q2的基极连接，所述基极电阻器Rb的另一端接地；具有能够精简电路结构、减小电路功耗的效果。

Description

一种二阶温度补偿带隙基准电压电路及差分电路
技术领域
本发明涉及基准源技术领域，具体而言，涉及一种二阶温度补偿带隙基准电压电路及差分电路。
背景技术
基准电压源是现如今模拟集成电路极为重要的组成部分，它为串联型稳压电路、A/D和D/A转化器提供基准电压，也是大多数传感器的稳压供电电源或激励源。
在现有的带隙基准源电路的二阶温度补偿带隙基准电路中，大多都是在传统带隙基准电路中增加一个二阶温度补偿电路，产生一个与热力学温度平方成正比的电流,对传统带隙基准输出电压中的二阶温度项进行补偿来实现。或者通过分别在双极晶体管的基极与地(GND)之间连接两个基极电阻来实现。虽都能实现一定的二阶温度补偿，但上述方式会使整个电路更复杂，面积大且功耗大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二阶温度补偿带隙基准电压电路及差分电路，其目的在于精简电路结构、减小电路功耗。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
第一方面
本申请实施例提供一种二阶温度补偿带隙基准电压电路，所述电路包括第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、第一运算放大器F、第一三极管Q1和第二三极管Q2；所述电路还包括基极电阻器Rb，所述基极电阻器Rb的一端与所述第二三极管Q2的基极连接，所述基极电阻器Rb的另一端接地。
可选地，所述第一三极管Q1和所述第二三极管Q2均为PNP类型的三极管。
可选地，所述第一运算放大器F包括同相输入端、反向输入端和输出端；所述第一运算放大器F的反相输入端与所述第二电阻器R2的一端连接，所述第二电阻器R2的另一端与所述第一运算放大器F的输出端连接；所述第一运算放大器F的同相输入端与所述第一电阻器R1的一端连接，所述第一电阻器R1的另一端与所述第一运算放大器F的输出端连接；所述第三电阻器R3的一端与所述第一运算放大器F的同向输入端连接，所述第三电阻器R3的另一端与所述第二三极管Q2的发射极连接，所述第二三极管Q2的集电极接地；所述第一三极管Q1的发射极与所述第一运算放大器F的反相输入端连接，所述第一三极管Q1的集电极接地，所述第一三极管Q1的基极接地。
可选地，所述第一电阻器R1与所述第二电阻器R2的电阻值相同。
可选地，所述第三电阻器R3的电阻值与所述第一电阻器R1的电阻值呈倍数关系。
第二方面
本申请实施例提供一种差分电路，包括如第一方面所述的一种二阶温度补偿带隙基准电压电路。
可选地，还包括稳压器LDO和LVDS驱动，所述稳压器LDO包括同相输入端、反相输入端和输出端；其中，所述稳压器LDO的同相输入端与所述二阶温度补偿带隙基准电压电路的电源输出端连接，所述二阶温度补偿带隙基准电压电路为所述稳压器LDO提供基准电压；所述稳压器LDO为所述LVDS驱动提供恒定的输入电源。
可选地，还包括NMOS管、第四电阻器R4和第五电阻器R5，所述NMOS管的栅极与所述稳压器LDO的电源输出端连接，所述NMOS管的漏极与第四电阻器R4的一端连接，所述第四电阻器R4的另一端与电源VCC连接，所述NMOS管的源极与所述第五电阻器R5的一端连接，所述第五电阻器R5的另一端与所述稳压器LDO的反相输入端连接。
可选地，还包括第六电阻器R6、第七电阻器R7和第八电阻器R8；所述LVDS驱动包括同相输入端、反相输入端和两个差分输出端；所述LVDS的同相输入端与所述NMOS管的源极连接，所述第六电阻器R6串联连接在所述LVDS驱动的两个差分输出端之间；所述第七电阻器R7的一端与所述LVDS驱动的其中一个差分输出端连接，所述第七电阻器R7的另一端与所述LVDS驱动的反相输入端连接；所述第八电阻器R8的一端与所述LVDS驱动的另一个差分输出端连接，所述第八电阻器R8的另一端与所述LVDS驱动的反相输入端连接。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：通过在第二三极管Q2的基极与地之间串联了基极电阻器Rb实现二阶温度补偿基准，相比于传统的二阶温度补偿基准，具有能够精简电路结构、减小电路功耗的效果。
附图说明
图1为本发明其中一个实施例提供的一种二阶温度补偿带隙基准电压电路的结构示意图；
图2为传统带隙基准电压电路的示意图；
图3为传统带隙基准电压电路产生的基准电压示意图；
图4为本发明其中一个实施例提供的一种二阶温度补偿带隙基准电压电路中Vb与β之间的关系示意图
图5本发明其中一个实施例提供的一种二阶温度补偿带隙基准电压电路中二阶温度补偿带隙基准的示意图；
图6为本发明其中一个实施例提供的一种差分电路的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
在现有的带隙基准源电路的二阶温度补偿带隙基准电路中，有通过分别在双极晶体管的基极与地(GND)之间连接两个基极电阻来实现的方式。其虽能实现一定的二阶温度补偿，但上述方式会使整个电路更复杂，面积大且功耗较大。
本申请实施例提供一种二阶温度补偿带隙基准电压电路，参照图1，所述电路包括第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、第一运算放大器F、第一三极管Q1和第二三极管Q2；所述电路还包括基极电阻器Rb，所述基极电阻器Rb的一端与所述第二三极管Q2的基极连接，所述基极电阻器Rb的另一端接地。
其中，所述第一三极管Q1和所述第二三极管Q2均为PNP类型的三极管。
所述第一运算放大器F包括同相输入端、反向输入端和输出端；所述第一运算放大器F的反相输入端与所述第二电阻器R2的一端连接，所述第二电阻器R2的另一端与所述第一运算放大器F的输出端连接；所述第一运算放大器F的同相输入端与所述第一电阻器R1的一端连接，所述第一电阻器R1的另一端与所述第一运算放大器F的输出端连接；所述第三电阻器R3的一端与所述第一运算放大器F的同向输入端连接，所述第三电阻器R3的另一端与所述第二三极管Q2的发射极连接，所述第二三极管Q2的集电极接地；所述第一三极管Q1的发射极与所述第一运算放大器F的反相输入端连接，所述第一三极管Q1的集电极接地，所述第一三极管Q1的基极接地。
在其中一个实施例中，第一电阻器R1与所述第二电阻器R2的电阻值相同。且所述第三电阻器R3的电阻值与所述第一电阻器R1的电阻值呈倍数关系。
对于传统的带隙基准，如图2所示，由于运算放大器的虚短虚断，故图中X点与Y点的电压相等，则对于传统的带隙基准中的第一三极管Q1和第二三极管Q2可以得到：
VBE1＝VBE2+IXR3；
VPTAT＝VTln n＝ΔVBE＝VBE1-VBE2＝IXR3；
Vref＝VBE+VPTAT＝VBE1+IX2；
Figure BDA0003767585950000061
式中，VBE1为第一三极管Q1的基极结点与发射极结点之间的电压；VBE2为第二三极管Q2基极结点与发射极结点之间的电压；IX为流过第一电阻器R1和第三电阻器R3的电流；VPTAT为正温系数电压；VT为热电压；n为第一三极管Q1与第二三极管Q2的个数之比；Vref为输出的基准电压；。
在传统的带隙基准中，第二三极管Q2为多个三极管的串联形成的特殊三极管；而第一三极管Q1仅有一个三极管；且形成第二三极管Q2和第一三极管Q1的三极管一致。
且通过其得到的开口朝下的一阶带隙基准如图3所示。
而在本实施例中，通过在传统基准电路的基础上串联基极电阻器Rb，通过两个抛物线的叠加补充，便可得到二阶温度补偿带隙基准。
Figure BDA0003767585950000062
VBE1＝VBE2+Vb+IXR3；
ΔVBE＝VTln n＝IXR3+Vb；
Figure BDA0003767585950000071
Figure BDA0003767585950000072
其中，Vb为基极电阻的电压；β为第二三极管Q2的放大系数，ΔVBE为VBE1与VBE2之间的差值。
其中，得到Vb与β之间的关系如图4所示。
通过在传统基准电路的基础上串联基极电阻器Rb后得到的二阶温度补偿带隙基准如图5所示；其中，VBE的曲率是与温度相关的复杂函数，其形成的曲线类似抛物线。而因为β呈正温系数，故Vb与β之间的函数关系呈现反比例函数；即Vb也为一个呈现有曲率的图像，以与VBE项进行曲率补偿，从而得到零温度系数的基准。
在本实施例中，通过在第二三极管Q2的基极与地之间串联了基极电阻器Rb实现二阶温度补偿基准，相比于传统的二阶温度补偿基准，具有能够精简电路结构、减小电路功耗的效果。
实施例2
参照图6，本申请实施例提供一种差分电路，包括如第一方面所述的一种二阶温度补偿带隙基准电压电路。还包括稳压器LDO、LVDS驱动、NMOS管、第四电阻器R4、第五电阻器R5、第六电阻器R6、第七电阻器R7、第八电阻器R8和第九电阻器R9。
其中，所述稳压器LDO包括同相输入端、反相输入端和输出端；其中，所述稳压器LDO的同相输入端与所述二阶温度补偿带隙基准电压电路的电源输出端连接，所述二阶温度补偿带隙基准电压电路为所述稳压器LDO提供基准电压；所述稳压器LDO为所述LVDS驱动提供恒定的输入电源。
所述NMOS管的栅极与所述稳压器LDO的电源输出端连接，所述NMOS管的漏极与第四电阻器R4的一端连接，所述第四电阻器R4的另一端与电源VCC连接，所述NMOS管的源极与所述第五电阻器R5的一端连接，所述第五电阻器R5的另一端与所述稳压器LDO的反相输入端连接。
所述LVDS驱动包括同相输入端、反相输入端和两个差分输出端；所述LVDS的同相输入端与所述NMOS管的源极连接，所述第六电阻器R6串联连接在所述LVDS驱动的两个差分输出端之间；所述第七电阻器R7的一端与所述LVDS驱动的其中一个差分输出端连接，所述第七电阻器R7的另一端与所述LVDS驱动的反相输入端连接；所述第八电阻器R8的一端与所述LVDS驱动的另一个差分输出端连接，所述第八电阻器R8的另一端与所述LVDS驱动的反相输入端连接；所述第九电阻器R9的一端与所述第五电阻器R5和所述稳压器LDO的反相输入端的连接点连接，所述第九电阻器R9的另一端接地。
因为采用如实施例1所述的一种二阶温度补偿带隙基准电压电路为其提供基准电压，该差分电路运行时产生的噪声极低，相比于采用传统带隙基准电压电路的差分电路，其具有精简电路结构、减小电路功耗的效果。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种二阶温度补偿带隙基准电压电路，所述电路包括第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、第一运算放大器F、第一三极管Q1和第二三极管Q2；其特征在于，所述电路还包括基极电阻器Rb，所述基极电阻器Rb的一端与所述第二三极管Q2的基极连接，所述基极电阻器Rb的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种二阶温度补偿带隙基准电压电路，其特征在于：所述第一三极管Q1和所述第二三极管Q2均为PNP类型的三极管。
3.根据权利要求2所述的一种二阶温度补偿带隙基准电压电路，其特征在于：所述第一运算放大器F包括同相输入端、反向输入端和输出端；所述第一运算放大器F的反相输入端与所述第二电阻器R2的一端连接，所述第二电阻器R2的另一端与所述第一运算放大器F的输出端连接；所述第一运算放大器F的同相输入端与所述第一电阻器R1的一端连接，所述第一电阻器R1的另一端与所述第一运算放大器F的输出端连接；所述第三电阻器R3的一端与所述第一运算放大器F的同向输入端连接，所述第三电阻器R3的另一端与所述第二三极管Q2的发射极连接，所述第二三极管Q2的集电极接地；所述第一三极管Q1的发射极与所述第一运算放大器F的反相输入端连接，所述第一三极管Q1的集电极接地，所述第一三极管Q1的基极接地。
4.根据权利要求1所述的一种二阶温度补偿带隙基准电压电路，其特征在于：所述第一电阻器R1与所述第二电阻器R2的电阻值相同。
5.根据权利要求4所述的一种二阶温度补偿带隙基准电压电路，其特征在于：所述第三电阻器R3的电阻值与所述第一电阻器R1的电阻值呈倍数关系。
6.一种差分电路，其特征在于：包括如权利要求1-5任一一项所述的一种二阶温度补偿带隙基准电压电路。
7.根据权利要求6所述的一种差分电路，其特征在于：还包括稳压器LDO和LVDS驱动，所述稳压器LDO包括同相输入端、反相输入端和输出端；其中，所述稳压器LDO的同相输入端与所述二阶温度补偿带隙基准电压电路的电源输出端连接，所述二阶温度补偿带隙基准电压电路为所述稳压器LDO提供基准电压；所述稳压器LDO为所述LVDS驱动提供恒定的输入电源。
8.根据权利要求7所述的一种差分电路，其特征在于：还包括NMOS管、第四电阻器R4和第五电阻器R5，所述NMOS管的栅极与所述稳压器LDO的电源输出端连接，所述NMOS管的漏极与第四电阻器R4的一端连接，所述第四电阻器R4的另一端与电源VCC连接，所述NMOS管的源极与所述第五电阻器R5的一端连接，所述第五电阻器R5的另一端与所述稳压器LDO的反相输入端连接。
9.根据权利要求8所述的一种差分电路，其特征在于：还包括第六电阻器R6、第七电阻器R7、第八电阻器R8和第九电阻器R9；所述LVDS驱动包括同相输入端、反相输入端和两个差分输出端；所述LVDS的同相输入端与所述NMOS管的源极连接，所述第六电阻器R6串联连接在所述LVDS驱动的两个差分输出端之间；所述第七电阻器R7的一端与所述LVDS驱动的其中一个差分输出端连接，所述第七电阻器R7的另一端与所述LVDS驱动的反相输入端连接；所述第八电阻器R8的一端与所述LVDS驱动的另一个差分输出端连接，所述第八电阻器R8的另一端与所述LVDS驱动的反相输入端连接；所述第九电阻器R9的一端与所述第五电阻器R5和所述稳压器LDO的反相输入端的连接点连接，所述第九电阻器R9的另一端接地。
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